乾燥地の時系列分析

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もえりかんけ
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1 乾燥地の時系列分析乾燥地の時系列分析環境情報学部 2 年木村詩織総合政策学部 1 年大出亜矢子環境情報学部 2 年木村詩織総合政策学部 1 年大出亜矢子

2 背景目的中国の半乾燥地における土地被覆土地利用は過去 30 年間で大きく変化している. 中国内蒙古自治区では1987 年から1996 年にかけて耕作地面積が22.1% 増加している (Yang and Li, 2000). また,1950 年代以降に過耕作, 過放牧, 過伐採などの不適切な土地利用が進んでいる. 中国内蒙古自治区東部に位置するホルチン砂地は, 近年急速に砂漠化が進行している

3 土地に適した土地利用がなされなければ, 土地荒廃が発生する可能性がある. 急速な土地被覆変化をしている半乾燥地ではその実態把握のために土地荒廃の程度を評価する必要がある.

4 対象地域とデータホルチン砂地は中国内蒙古自治区東南部に位置する東経 119 ~123, 北緯 42.5 ~45 の範囲にある面積約 4.23 万 km2 の土地である. 今回, 都喜村周辺を対象に分析をした.

5 使用した衛星画像データ時期精度 Landsat/TM m Landsat/TM m Landsat/TM m Landsat/TM m これらの画像をもとに都喜村周辺のサブセットを作成し, 演算分析を行った.

6 データ入手方法科爾沁左翼後旗カンチカの月別降水量基本統計量データ厳網林, 宮坂隆文 (2003) コルチン砂地における砂漠化の進行過程と政策影に関する時空間分析より Chifeng と Jarud Qi の 1982 年 ~1999 年の月別降水量データ ( 年降水量を算出し, 解析に用いた ) 千葉大学大学院自然科学研究科長田甫, 千葉大学環境リモートセンシング研究センター近藤昭彦 (2006) 衛星画像を用いた長期植生変動モニタリング ~ 中国内蒙古自治区を事例として ~ より

7 分析手法 NDVI( 植生指数 ) 植物の葉が青と赤の波長を吸収し, 近赤外線領域の波長を強く反射する特性を利用した指数植生指標 NDVIが小さい= 植生が少ない SAVI( 植生指数 ) NDVIに背景土壌の反射の影響 ( 乾燥地における土壌からの強い反射 ) を配慮した指数 NDWI( 土壌水分指数 ) 対象物からの放射エネルギーを用いた土壌水分量の推定 NDSI( 正規化土壌指数 ) 土壌に関して植生と水域の変化は空間的スケールで見ると比較的狭い範囲で認められるが土壌はより大きい範囲で変化する特徴を持っている

8 ラスタ演算式 NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED) SAVI=(NIR ー RED)/(NIR+RED+L) (1+L) L とは土壌の補正係数であり植生の被覆率が非常に高い 0 適当である 0.5 非常に低い 1 NIR: 近赤外 ( ランドサット TM の場合バンド 4) の反射率. RED: 可視赤色 ( ランドサット TM の場合バンド 3) の反射率. SWIR: 中間赤外 ( ランドサット TM の場合バンド 5 7) の反射率.

9 土壌水分指数 NDWI=(VIS-SWIR)/(VIS+SWIR) 正規化土壌指数 NDSI=(SWIR-NIR)/(SWIR+NIR) 今回使用したバンド NIR ーバンド 4 RED ーバンド 3 SWIR ーバンド 5 NDWI では VIS( 可視チャンネル ) としてバンド 3 を使用

10 GIS でのラスタ演算 (Float([subset.img - Band_4]) - Float([subset.img - Band_3])) / (Float([subset.img - Band_4]) + Float([subset.img - Band_3])) IMAGINE におけるラスタ演算 ($n1_subset1984(4) - $n1_subset1984(3)) / ($n1_subset1984(4) + $n1_subset1984(3)) 各指標の平均値の算出は GIS を用いて計算し散布図を作る際は IMAGINE で計算した画像を用いた

11 SAVI ( 植生指数 ) LANDSAT TM データ再分類後緑被地を 2

13 SAVI LANDSAT TM データ (MEAN= ) 5.2% (MEAN= ) 94.8% LANDSAT TMデータ (MEAN= ) 2.0% (MEAN= ) 98% LANDSAT TMデータ (MEAN= ) 4.41% (MEAN= ) 95.6% LANDSAT TMデータ (MEAN= ) 4.26% (MEAN= ) 95.7% ホルチン砂地では 7 月に植生が育ち始め, 9 月上旬が最も植生が多くなる時期である時期が近い1984 年と 1988 年,1990 年と1995 年の比較をして植生が増えているのは季節の影響があると考えられる.

14 時期が同じころである1984 年と1990 年 1988 年と1995 年のSAVI 結果をラスタ演算で引く再分類して植生は増えたのかを確認する

1990-1984 減少データ ( 茶色 ) 743599 増加データ ( 緑色 ) 787441

15 減少データ ( 茶色 ) 増加データ ( 緑色 ) 減少データ ( 茶色 ) 増加データ ( 緑色 )

16 結果 : 植生の量はいずれも増加しているこの結果に対して降水量を考慮する砂漠化地域において植生量は降水に大きく作用されるためである

17 図. 降水量観測地点である Chifeng と Jarud Qi と Ganjig の位置

18 最も都喜村に近い降水量観測地点の Ganjig( ホルチン左翼後旗甘旗峠鎮 ) は都喜村から約 50キロ離れた場所に位置し ( 東経 ~122 33, 北緯 ~43 5 ) Chifeng( 赤峰 ) とJarud Qi( 扎魯特旗 ) は中国内蒙古自治区の南東部, 北緯 41 度 ~46 度, 東経 116 度 ~124 度に位置する

19 表. 月間降水量 ( 甘旗 ) 表 1 科爾沁左翼後旗カンチカの月別降水量 (mm) 年月年間平均年間降水量 431.6

20 年間降水量 (1987~1996) 年間降水量グラフ ( 甘旗 ) 降水量年間降水量年度月別降水量降水量半乾燥地域において年間の降水量は安定していない月の降水量も年によって降る量が異なる月

21 月別降水量降水量月 1988 年と 1990 年は衛星写真が撮られた月と前月に甘旗では 200 ミリを越える降水があった

22 図 2.Chifeng と Jarud Qi における年降水量の変化

23 甘旗の 1984 年年間降水量データがなかったので参考に他 2 地点の降水量を見ただが 1993 年と 1994 年の降水量において甘旗と大きな違いがあるためにあまり参考にはならないと思われる 1984 年 6 月 7 月比較的少ない降水量 1988 年 8 月 9 月多くの降雨があった 1990 年 6 月 7 月合計 500 ミリを超える降雨があった 1995 年 8 月 9 月例年を下回る降水量

24 よって 1984 年から1990 年の植生量の増加は降水量の影響も考えられるでは 1988 年から 1995 年における植生量増加は?

25 ここで社会的背景を見ていくと 1980 年末から大規模な農地開発が始まり食糧増産が行われた草原が次々と農地に変えられ後旗の農作物作付面積は 1984 年には 11.2 万 ha であったのが 1999 年には 13.4 万 ha となり食料総生産量は 1992 年から 1999 年の間で約 21 万トン (35.8 万トンから 57.1 万トン ) 増加したまた, 人口の急増に伴い,1990 年代以降にはエネルギー源 ( 蒔 ) として多くの植林が行われる傾向にある. また, 退耕還林 ( 草 ) 政策で経済林を植栽する農家も増えている.

26 散布図縦軸に NDVI を, 横軸を NDWI として相関を見たところ, 1984 年と 1995 年はマイナスの相関係数を示すのに対し, 1988 年と 1990 年は正の相関がある.

27 考察植生指標 NDVI が小さいことは植生が少ないことを意味する植生は水分を多量に含むことから, NDVlが小さいとNDWIも小さくなる NDVlの大きな場所では当然, 水分指標 NDWlも大きいだが植生指標 NDVIに対して水分指標 NDWlが小さい ( 負の相関である ) ことは, その植生が土壌水分の不足によって水ストレスを受けていることを意味する.

28 降水量のデータから見ても 1988 年と1990 年は例年よりも多い降水量があったために植生と土壌水分は正の相関となった. しかし画像が取られた月と先月に降水量が少なかった1984 年と1995 年は NDVIとNDWIは負の相関である. 時系列での植生の増加分は自然な植生によるものではなく, 人為的なもの ( 農地経済林 ) である.

29 結論干ばつの年には植生の生育が制限されるが, そうでない年には農業などの別の要因が植生に強い影響を与える. 今回の結果から, 降水量と土壌ストレスとの関係は一定の傾向があるといえる. そして, このまま農地開発による食料増産を続けていけば例年の降水量でも土壌に水ストレス ( 土壌の劣化 ) が生じる可能性もある.

30 課題 NDVIなどの指標を用いた際に, 土壌の反射など誤分類されたデータも含まれるスペクトル特性を考慮して正しく分類する必要がある農地開発とともに牧業も盛んになっている牧業の影響を見る指標と砂漠化進行を裏付ける検証が必要である

31 謝辞分析を進めるにあたってデータの提供と助言をしてくださった厳網林教授, IMAGINE などで作業する際に親切に教えてくださったSAの大場さんに多大な感謝の意を表したい

32 参考文献厳網林, 宮坂隆文 (2003) コルチン砂地における砂漠化の進行過程と政策影に関する時空間分析 < 千葉大学大学院自然科学研究科長田甫, 同大学環境リモートセンシング研究センター近藤昭彦 (2006) 衛星画像を用いた長期植生変動モニタリング ~ 中国内蒙古自治区を事例として ~ < 82%BB%E3%82%AF%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3/13_osada.pdf > 長澤良太, 原慶太郎, 金子正美 (2007) 古今書院自然環境解析のためのリモートセンシング GIS ハンドブック

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<4D F736F F F696E74202D208EC08CB18EC08F4B3289F190B E A B E B8CDD8AB B83685D> 2017.07.12 植物群落と気象植物分布と気候条件の解析大阪府立大学生命環境科学部二回生生物学実習生態気象植山目的衛星気候データの解析を通して... 広域的な植生モニタリングの手順を学ぶ植生と気候のかかわり合いについて理解する 1 植物と気候のかかわり合い寒冷世界の植物の分布は気候条件特に気温と降水量などに強く関連北方林気温 ( o C) 温帯林堺市 : 年降水量